磁敏感加权成像对脑肿瘤诊断价值初探.pdf

29临床研究|ClinicalArticles磁共振成像2010年第1卷第1期ChinJMagnResonImaging,2010,Vol1,No1摘要目的探讨磁敏感加权成像(SWI)对脑肿瘤的诊断价值。方法41例脑肿瘤患者行常规横断位(T1WI、T2WI)和横断位SWI检查，其中30例同时行横断位T1WI和SWI增强扫描。观察SWI图像上肿瘤显示、瘤周水肿、肿瘤出血、肿瘤钙化及肿瘤静脉等5个项目，并对所有项目进行评分(03)，采用析因设计的方差分析及LSD多重检验。结果SWI图像上，脑膜瘤、低级别星形细胞瘤表现为等或稍高信号；复发性脑膜瘤、多数高级别星形细胞瘤及脑转移瘤实性成分表现为稍低信号。脑膜瘤内部新生血管较少，周围静脉呈弧形受压改变；低级别星形细胞瘤肿瘤静脉稀疏、散在分布；复发性脑膜瘤、高级别星形细胞瘤及转移瘤内部静脉血管丰富，瘤周静脉表现各异。相位图上肿瘤钙化以低信号为主，而且钙化灶最外层表现为高信号；出血灶信号与之相反。瘤周水肿表现为高信号。在肿瘤出血、肿瘤钙化及肿瘤静脉显示方面，SWI与T1WI、T2WI评分结果差别具有统计学差异(P0.01)；在瘤周水肿显示方面，SWI与T2WI评分结果差别无统计学意义；在肿瘤显示方面，CE-SWI及CE-T1WI与其他序列评分结果的差别有统计学意义(P0.01)。结论SWI在显示肿瘤的一般影像特征的基础上突出显示肿瘤静脉、出血代谢物和钙化灶，提供不同于常规MRI序列的肿瘤内部病理信息，相位图像有助于肿瘤出血与钙化的鉴别。关键词磁共振成像；磁敏感加权成像；脑肿瘤InitialstudyofsusceptibilityweightedimaginginbrainmassesSHENJun-lin,ZHANGHui*,LIUQi-wang,YANGXiao-tang,QIANLi-xia,ZHANGSuo-wang,LIANGLi,WANGLeDepartmentofRadiology,theFirstHospitalofShanxiMedicalUniversity,Taiyuan030001,China*Correspondenceto:ZhangH,E-mail:zhanghui_Received2Jan2010；accepted14Jan2010AbstractObjective:Toevaluatethevalueofsusceptibilityweightedimaging(SWI)inthediagnosisofbrainmasses.MaterialsandMethods:Forty-onepatientswithbrainneoplasmsunderwentconventionalMRT1WI,T2WIandSWIscanning.ThirtyofthemreceivedbothcontrastenhancedT1WIandSWI(CE-T1WIandCE-SWI).Tumorvisibility,edema,bloodproducts,calcium,andvesselswereobservedrespectivelyonSWI,theimagesofallsequenceswerescoredfrom0to3,accordingtotheirabilityofdepictingtheobservationprojectsabove.Statisticalanalysiswasconductedtocomparethescoresamongthesesequences.Results:Meningiomasandlow-gradeastrocytomasshowedequisignalormildhypersignalintensity；allrecurrentmeningiomas,high-gradeastrocytomasandmetastasesinmajordisplayedasmildlowsignalintensity.Venousvasculaturebothinsidemeningiomasandlow-gradeastrocytomaswererelativelypoorerthantherecurrentones,high-gradeastrocytomasandmetastases；peri-venousshowedarccompressedbythetumorinmeningiomas,whiledisplayedvariouslyinothertumors.Calciumwithinthetumorappearedmainlyinhypointensesignalintensitysurroundedbyhyperintensesignalringonphaseimage,whilebloodproductappearedconversely.Peri-edemadisplayedashighsignalintensity.TherewasstatisticaldifferenceofscoresbetweenSWIandconventionalT1WI,T2WIindisplayingbloodproducts,calcium,andvenousvasculature(P0.01).TherewasnosignificantdifferenceofscoresbetweenSWIandT2WIindisplayingedema.Significantdifferencebetweenthescoresindetectionoftumorvisibilitywasfoundonthecontrastenhancedsequencesandnon-contrastenhancedsequences(P0.01).Conclusion:SWIsequencenotonlyshowsthegeneralimagingfeaturesofbrainmassesbutalsodetectsvenousvasculature,bloodproductandcalciumwithinthetumorwithsuperlativecontrast.Differentfromconventionalsequences,SWIshowsuniquedetailsaboutinternalarchitecturewhichisdeterminedprimarilybybloodproducts.PhaseimageofSWIishelpfulindifferentiatingbloodproductandcalciumwithinthetumor.KeywordsMagneticresonanceimaging；Susceptibilityweightedimaging；Brainneoplasms作者单位：山西医科大学第一医院放射科，030001第一作者简介：沈俊林(1983)，男，在读硕士研究生。研究方向：神经系统影像诊断。E-mail:通讯作者：张辉，E-mail:zhanghui_收稿日期：2010-01-02接受日期：2010-01-14中图分类号：R739.41；R445.2文献标识码：A文章编号：1674-8034(2010)01-0029-07沈俊林,张辉,刘起旺,等.磁敏感加权成像对脑肿瘤诊断价值初探.磁共振成像,2010,1(1):29-35.磁敏感加权成像对脑肿瘤诊断价值初探沈俊林，张辉*，刘起旺，杨晓棠，钱丽霞，张锁旺，梁力，王乐30磁共振成像2010年第1卷第1期ChinJMagnResonImaging,2010,Vol1,No1临床研究|ClinicalArticles磁敏感加权成像(susceptibilityweightedimaging,SWI)是一种全新的、反映组织间磁敏感差异对比的成像技术，具有三维、高分辨率、高信噪比的特点。所形成的影像对比有别于传统的T1WI(T1-weightedimaging)、T2WI(T2-weightedimaging)、PDWI(protondensityweightedimaging)及DWI(diffusionweightedimaging)成像，可以充分显示组织之间内在磁敏感特性的差别。鉴于SWI在显示静脉结构、血液代谢产物、铁质沉积等方面十分敏感，使其脑肿瘤、脑血管病、脑外伤、神经变性病等中枢神经系统疾病中有广阔的临床应用前景。笔者通过对41例脑肿瘤的SWI研究，并与常规MRI序列对比，初步探讨SWI技术在脑肿瘤诊断方面的应用价值。1资料与方法1.1研究对象搜集2009年3月至2009年10月本院脑肿瘤病例41例，男23例，女18例，年龄1559岁，平均34.5岁，临床表现为头痛、呕吐、癫痫发作和局灶性神经缺失症状，除4例脑转移瘤患者为临床证实外，其余病例均经手术病理证实。参照世界卫生组织(WHO)2007年中枢神经系统肿瘤分类标准，本组中脑膜瘤15例，包括2例术后复发者；低级别星形细胞瘤(级)5例，间变型星形细胞瘤(级)9例及胶质母细胞瘤()6例(1例术后复发者)；脑转移瘤6例。1.2MRI设备及检查方法采用SIEMENSMagnetomAvanto1.5T磁共振成像系统，仰卧位，头颈联合8通道头颅相控阵线圈。常规横断位(T1WI、T2WI)及横断位SWI检查，30例同时行增强T1WI(CE-T1WI)及SWI(CE-SWI)。肘静脉注射钆喷替酸葡甲胺(Gd-DTPA)，剂量0.1mmol/kg。各序列扫描参数如下：常规扫描：梯度回波(GRE)T1WI序列：TR195ms,TE4.76ms，翻转角70，FOV230mm187mm，矩阵256256，激励次数1，层厚6mm，间隔1.2mm；快速自旋回波(TSE)T2WI序列：TR4000ms,TE98ms，FOV230mm230mm，矩阵320299，激励次数2，层厚6mm，间隔1.2mm。SWI序列：高分辨率3D扰相位梯度回波序列(3D-FLASH)，TR49ms，TE40ms，翻转角15，FOV230201，矩阵256202，激励次数1，层厚2mm；通过机器的SWI后处理软件自动得到校正的相位图和强度图，采用SIEMENSLeonard工作站3D-MIP软件进行最小密度投影得到mIP图，相关参数为层间距1.2mm，层厚6mm。1.3图像分析方法由2名高级职称医师观察描述脑肿瘤SWI表现，并对SWI的强度图、校正后相位图及mIP图结合MRI常规序列图像进行背对背对比分析。观察项目包括，肿瘤显示、瘤周水肿、肿瘤出血、肿瘤钙化及肿瘤静脉，并对上述项目进行评分，按03分划分：0分，无法发现病变；1分，病变显示不佳；2分，部分病变可判断；3分，容易判断病变。SWI图像观察项目的判断标准为：肿瘤显示：病灶与正常组织对比度，内部信号特点；肿瘤出血：大小不等的点状、斑片状低信号影，分布不均匀，大小无规律；肿瘤钙化：经CT扫描证实的斑点状、团块状低信号，边缘僵直；肿瘤静脉：长条状直线或弯曲走形的管状结构，或连续层面可追踪的低信号点。鉴于本组资料肿瘤类型和级别的不均质性，评分结果不按肿瘤类型进行区分。对同时行CE-T1WI和CE-SWI序列扫描者，根据评分结果，按照上述5个观察项目，对CE-T1WI和CE-SWI序列做出比较，分为：CE-T1WI较好、CE-SWI较好及两种均好。1.4统计学方法应用SPSS15.0统计学软件包，将两位医师的评分结果进行析因设计的方差分析，如结果有统计学意义，再采用LSD多重检验方法进行多重比较，P0.05为有统计学意义。2结果2.1脑肿瘤的SWI表现2.1.1肿瘤显示：本组15例脑膜瘤均为实性，13例肿瘤实质部分呈等或稍高信号(图13)；2例术后复发者信号稍低，介于脑脊液与脑组织信号之间(图46)。5例低级别星形细胞瘤(级)，除1例囊变外，均为实性，实性成分信号稍高于脑组织，囊性成分呈稍低信号(图79)。15例高级别星形细胞瘤(、级)，10例为囊实性肿瘤，实质部分稍低于脑组织信号，囊性部分表现为类似信号，仅凭信号强度难将二者区分；5例实性病灶均表现为稍低号(图1012)。6例转移瘤，3例为囊实性病灶，实质成分呈稍低信号，2例病灶囊性与实性成分信号相近；3例实性病灶呈稍低信号(图1316)。2.1.2瘤周水肿：8例脑膜瘤、所有高级别星形细胞瘤和转移瘤均伴瘤周水肿，表现为斑片状高信号；7例脑膜瘤及所有低级别星形细胞瘤(级)未见瘤周水肿。2.1.3肿瘤静脉：所有脑膜瘤病例均显示肿瘤边缘静脉，呈弧形受压改变；13例瘤周静脉粗细均匀，沿肿瘤表面单层排列，瘤内静脉断面稀少；2例术后复发者，瘤周静脉层数增多，排列紊乱，瘤内静脉31临床研究|ClinicalArticles磁共振成像2010年第1卷第1期ChinJMagnResonImaging,2010,Vol1,No1图13嗅沟脑膜瘤。mIP图示肿瘤呈等信号，边缘静脉血管弧形受压，粗细均匀，沿肿瘤表面单层排列，病灶中央斑点状低信号磁敏感效应；相位图以低信号为主，外层环以高信号；CT示相应部位形态一致的钙化致密影123456图46左额镰旁脑膜瘤术后复发。T2WI示病灶以等信号为主，间以长T2及短T2信号，瘤周水肿显示清晰；mIP图示肿瘤实质部分信号稍低，瘤周静脉层数增多，排列较紊乱，瘤内静脉血管断面增多，瘤周水肿呈高信号，出血表现为斑片状低信号磁敏感效应；CT扫描未见出血及钙化灶789图79右额、岛叶星形细胞瘤级。CE-T1WI示实性病灶未见明显强化，内可见肿瘤血管，呈高信号；T2WI示瘤周未见水肿信号；mIP图示病灶呈高信号，肿瘤内静脉稀疏、散在分布，表现为低信号32磁共振成像2010年第1卷第1期ChinJMagnResonImaging,2010,Vol1,No1临床研究|ClinicalArticles121110图1012右额星形细胞瘤级。T1WI示囊实性病灶呈等、长T1混杂信号，显示欠清晰，肿瘤静脉未见显示；CE-T1WI示病灶实性成分明显强化，显示清晰，肿瘤血管呈迂曲的线样高信号；SWI示肿瘤实质信号稍低，其内静脉丰富，粗细不均，部分扭曲呈团状；引流静脉增粗、纡曲16151413图1316左顶叶脑转移瘤。T2WI示囊实性肿瘤，肿瘤实性成分显示欠清晰；CE-T1WI示病灶显示清晰，明显强化；SWI示病灶实性成分呈稍低信号，内部肿瘤静脉丰富，周围弧形血管包绕；CE-SWI示病灶显示清晰，周围强化，位于瘤周静脉内侧171819图1719左颞叶多形性胶质母细胞瘤。T2WI示囊实性肿瘤，后方小斑片状水肿信号；CE-T1WI示病灶囊壁及分隔强化，坏死成分无强化；CE-SWI除显示肿瘤囊壁、分隔及坏死成分，还显示肿瘤静脉33临床研究|ClinicalArticles磁共振成像2010年第1卷第1期ChinJMagnResonImaging,2010,Vol1,No1断面增多。5例低级别星形细胞瘤(级)肿瘤静脉稀疏，呈散在点状、线状低信号。15例高级别星形细胞瘤(、级)肿瘤实质静脉丰富，呈粗细不均的点状、线状低信号，部分扭曲呈团；与肿瘤相连的引流静脉呈增粗、纡曲的线状低信号。转移瘤实质内亦可见丰富的点状、线状低信号静脉影，其中2例病灶周围血管呈弧形改变。2.1.4肿瘤出血与钙化的鉴别：6例脑膜瘤病灶内部混杂斑点状、团片状低信号磁敏感效应，边缘僵硬、锐利，相位图以低信号为主，周边环以高信号，结合CT相应部位可见形态一致的钙化致密影；2例复发性脑膜瘤病灶内也表现为斑片状低信号磁敏感效应，但边缘欠锐利，相位图以高信号为主，周边环以低信号，经病理证实为大量含铁血黄素；5例低级别星形细胞瘤(级)病灶内部未见斑片状低信号磁敏感效应；15例高级别星形细胞瘤中，6例合并出血者表现为斑点或斑片状低信号磁敏感效应，相位图以高信号为主，周边环以低信号；6例转移瘤，仅1例病灶表现为出血所致低信号磁敏感效应。表2两名医师对30例脑肿瘤CE-T1WI和CE-SWI序列图像的评价结果(例)肿瘤显示瘤周水肿肿瘤出血肿瘤钙化肿瘤静脉医师1两者均好10816238CE-SWI较好72213722CE-T1WI较好130100医师2两者均好111017227CE-SWI较好52013823CE-T1WI较好140000表1两名医师对41例脑肿瘤MRI各序列图像的统计评分(xs分)扫描序列肿瘤显示瘤周水肿肿瘤出血肿瘤钙化肿瘤静脉SWI医师12.000.5002.071.2921.051.2840.460.9252.760.435医师21.950.5902.001.2251.021.2550.511.0032.680.471平均1.980.5442.041.2521.041.2610.490.9592.720.452CE-SWI医师12.530.5072.001.3390.931.2300.601.0702.930.254医师22.400.4981.931.3630.931.2300.571.0062.830.379平均2.470.5031.971.3400.931.2190.581.0302.880.324T2WI医师11.830.5872.151.2760.540.8400.200.5110.730.593医师21.660.5302.121.2690.440.7760.170.4420.490.553平均1.740.5622.131.2650.490.8050.180.4750.610.583T1WI医师11.240.6240.980.8210.390.6660.100.3740.370.488医师21.100.6251.100.9170.390.7030.170.4950.200.401平均1.170.6251.040.8670.390.6810.130.4380.280.452CE-T1WI医师12.700.4660.930.8280.330.6610.100.5481.970.669医师22.700.4661.070.9440.300.5350.100.4031.800.664平均2.700.4621.000.8830.320.5960.100.4771.880.66634磁共振成像2010年第1卷第1期ChinJMagnResonImaging,2010,Vol1,No1临床研究|ClinicalArticles2.1.5肿瘤对比增强表现：对比剂增强后，除5例低级别星形细胞瘤、2例高级别星形细胞瘤及1例脑转移瘤外，所有病例实性成分均明显强化，肿瘤静脉、出血代谢物、钙化灶显示清晰，未见强化(图1719)。2.2两名医师对MRI各序列评分及统计结果经统计学分析，在肿瘤出血、肿瘤钙化及肿瘤静脉显示方面，SWI(包括CE-SWI)与T1WI(包括CE-T1WI)、T2WI评分结果差别具有统计学差异(P0.01)；在瘤周水肿显示方面，SWI(包括CE-SWI)与T2WI评分结果差别无统计学意义；在肿瘤显示方面，CE-SWI及CE-T1WI与其他序列评分结果的差别有统计学意义(P0.01)(表1)。2.3两名医师对CE-T1WI和CE-SWI的比较结果在肿瘤及边界的显示方面，尽管CE-T1WI总体上优于CE-SWI(P0.05)(表1)，但许多病例CE-SWI在该方面的显示效果类似，甚至优于CE-T1WI，如表2所示，医师1认为10例，医师2认为11例，两者显示效果均好；医师1认为7例，医师2认为5例，CE-SWI显示效果较好。CE-SWI在显示出血钙化、静脉血管、瘤周水肿及肿瘤内部结构方面的显示效果较CE-T1WI好。3讨论3.1SWI序列的图像特点及产生机制SWI序列扫描后得到的图像包括强度图(magnitudeimage)、校正的相位图(phaseimage)和mIP图(mIPimage)。强度图中的对比度主要由组织的内在参数，如质子密度和内在的T1、T2和T2*弛豫支配1。由于序列参数的选择(TR短、TE足够长及小的翻转角)使得正常灰质、白质和脑脊液之间的对比不明显。然而，实际工作中，我们经常选择稍大的翻转角部分抑制脑脊液信号，使之略低于脑灰白质的信号，类似T2WIFLAIR像。在这种情况下，瘤周水肿表现为高信号而脑脊液为低信号，有助于同时显示瘤周水肿和肿瘤内的磁敏感效应2。校正相位图中的对比度主要由局部进动频率的差异决定，而进动频率的差异又由不同类型组织的磁敏感性或血氧的不同水平决定，因此，相位图可以清楚地显示静脉、铁含量增加的深部灰质核团及出血，因为脑实质与脑脊液的进动频率非常接近，二者在相位图上的对比不是很明显3。将相位蒙片与强度图相乘，通过最小密度投影(minimumintensityprojection,MinIP)生成mIP图，可以立体地显示静脉血管结构，清楚的显示肿瘤内部的新生血管或肿瘤周围静脉血管的位置、形态改变。总的来说，SWI中的对比类型是自旋密度、T1、T2、T2*和磁敏感效应的混合4。3.2SWI对脑肿瘤内部结构的显示本组15例脑膜瘤中，仅2例术后复发者表现为稍低信号；15例高级别星形细胞瘤中，所有实性病灶及10例囊实性病灶的实性成分表现为稍低信号；6例转移瘤中，所有实性病灶及2例囊实性病灶的实性成分表现为稍低信号；而低级别星形细胞瘤及大多数脑膜瘤表现为等或稍高信号。笔者认为造成这一现象的主要原因可能为复发性脑膜瘤、高级别星形细胞瘤及转移瘤恶性程度增高、细胞代谢旺盛，使得肿瘤内部血氧饱和度大大降低5，加之其内部常伴发血细胞渗出且有较多病理性血管微增生，因此在SWI中上述病灶显示为稍低信号。瘤周水肿在SWI上表现出类似T2WI序列样的高信号。尽管不如T2WI序列上高，其兼具的T2*效应和水肿效应，使得SWI在没有对比剂增强的情况下，能清晰地显示病灶。将来，随着设备的场强和信噪比的提高，由于组织T2*值的衰减，在同样的TE的时间内，将会更好的显示瘤周水肿2。本研究表明，SWI对肿瘤静脉的显示具有独特优势。Haacke6等指出，利用SWI可在1.5T场强的系统上对几百微米大小的静脉成像，空间分辨率达1mm1mm1mm，若采用3.0T或4.0T场强的系统，则更加缩短扫描时间及提高图像空间分辨率，使得理论上识别和量化静脉血管成为可能7。肿瘤恶性程度越高，生长速度越快，肿瘤内血管增生越明显，本研究中脑膜瘤内部新生血管稀少，周围静脉血管呈弧形受压改变，沿肿瘤表面单层排列且粗细均匀；低级别星形细胞瘤肿瘤静脉稀疏、散在分布；复发性脑膜瘤、高级别星形细胞瘤及转移瘤内部静脉血管静脉丰富，呈粗细不均的线状或点状低信号，部分扭曲呈团状。在显示肿瘤出血产物方面，SWI优于其他的任何序列。我们知道，GRE序列对出血代谢产物较SE序列敏感，而SWI引入了相位信息，较传统GRE序列更敏感。此外，SWI具备的高分辨率，使之显示肿瘤微出血更具优势2。肿瘤内部出血的原因包括病态血管的发生、血管侵袭及肿瘤生长加速和坏死8，恶性程度越高的肿瘤越容易合并出血，本研究中所有复发性脑膜瘤、6例高级别星形细胞瘤合并出血；所有脑膜瘤及低级别星形细胞瘤未见出血所致低信号磁敏感效应；6例转移瘤，仅1例合并出血，可能与转移瘤血脑屏障结构破坏不完全、血液有形成分的漏出频率较小有关。钙化是一种逆磁性物质，也可引起局部磁场改变，造成SWI图像信号减低，与出血信号难以鉴别。相位图能反映不同磁化率组织置于磁场中导35临床研究|ClinicalArticles磁共振成像2010年第1卷第1期ChinJMagnResonImaging,2010,Vol1,No1致的感应磁场变化，有助于判断脑内物质的磁化特性9。西门子公司的MRI描仪为左手系统，校正相位图上肿瘤钙化以低信号成分为主，而且钙化灶中心层面最外层表现为高信号；出血灶信号与之相反。此外，对于肿瘤内不规则的出血和钙化的鉴别还需要参考病灶的形态(一般钙化都为走行僵直的线条或条块状)鉴别10。本组中脑膜瘤与脑膜瘤术后复发者，SWI图像病灶内部均可见斑片状低信号磁敏感效应，通过相位图像，可以明确脑膜瘤术后复发者病灶内低信号为出血，可能与复发者病灶恶性程度增加有关；而脑膜瘤钙化为该类良性病变常见的病理学改变。3.3CE-SWI的应用价值类似于CE-T1WI，注射对比剂后，对于血脑屏障破坏严重或是供血丰富的肿瘤，CE-SWI表现为明显信号增强，有利于对肿瘤和肿瘤边界的勾勒，突出显示病灶内部出血代谢物及肿瘤静脉。通过对CE-SWI和CE-T1WI比较发现，CE-SWI表现为低信号的静脉结构，CE-T1WI则表现为高信号。笔者认为，可能与长时间的延迟导致血管内对比剂浓度明显减低有关。肿瘤的内部结构在T1WI-CE上取决于病灶内部坏死、囊变及分隔；SWI-CE上还取决于肿瘤静脉及出血产物。CE-T1WI延迟扫描时，由于肿瘤实质区及坏死区均含有对比剂，病灶整体可呈均匀强化；CE-SWI增强晚期，肿瘤坏死区强化，而肿瘤的实性成分却呈低信号，其图像对比优于CE-T1WI。总之，SWI作为一种全新的MRI序列为研究肿瘤内部详细结构提供了一种新方法，能在显示肿瘤的一般影像特征的基础上同时显示肿瘤静脉、出血和钙化，提供不同于常规MRI序列的肿瘤内部病理信息。此外，相位图像有助于肿瘤出血与钙化的鉴别。随着SWI广泛应用于临床以及自身技术的不断完善，它必将在脑肿瘤的诊断中发挥重要的作用。参考文献1HaddarD,HaackeEM,SehgalV,etal.Susceptibility-weightedimaging:theoryandapplications.JRadiol,2004,85(10):1901-1908.2HaackeEM,MittalS,WuZ,etal.Susceptibility-weightedimaging:technicalaspectsandclinicalapplications.AJNRAmJNeuroradiol,2009,30(1):19-30.3RauscherA,SedlacikJ,BarthM,